文档介绍：4
毕业设计〔论文〕开题报告
题目名称： 压电断裂行为有限元分析
学 院： 机械工程学院
专业年级： 机械设g 等。但是,如果用能量释放率或J 积分作为断裂准则,则不能解释Park 和Sun得到的实验现象,对裂纹垂直于材料单畴化方向的试件,正电场(与单畴化方向一致的电场) 促进裂纹的扩展,而负电场阻止裂纹的扩展。由线性断裂力学得到的结论是,无论作用正的或负的电场,裂纹的扩展都受到抑制。Park 和Sun 认为陶瓷的断裂主要是机械行为,建议用机械能释放率作为断裂准则,并由此得到了与实验结果相一致的断裂载荷的计算值。但Kumar 和Singh对其机械能释放率计算方法提出了疑问,认为计算结果有误。有的研究者,如Kumar 和Singh及Zhang等认为应改良裂纹面的边界条件,将绝缘的边界条件改为可导电的,在作用负电场时还应考虑裂纹面间的接触影响。但即使这样,导出的解析解或数值解也不能解释实验现象。因此，到目前为止，还没有普遍使用的断裂准则。
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二、课题的主要内容
分析计算PZT-4材料平面中心裂纹的应力强度因子
建立含中心裂纹的PZT-4材料模型，并进行适当简化，并施加拉应力和电势，分析压电材料在力电载荷的作用下裂纹扩展的能量释放率。在进行有限元模拟的过程中，采用PZT-4的材料参数，使用ANSYS进行分析。
2. 分析计算PZT-4材料平面中心裂纹的机械应变能释放率〔J积分〕
同样要建立含中心裂纹的PZT-4材料模型，并进行适当简化，并施加拉应力和电势，分析压电材料在力电载荷的作用下机械应变能释放率。
3. 模拟压电陶瓷PZT-4的紧凑拉伸实验和三点弯试验
〔1〕首先对Ι型断裂有限元模拟及结果分析。模拟紧凑拉伸实验，将计算数据和实验结果比较。
〔2〕然后对混合模式断裂有限元模拟及结果分析。模拟三点弯实验，将计算数据和实验结果比较。最后作出结论。
三、课题研究的关键问题及解决的思路
1. 课题研究的关键问题
〔1〕断裂准则的选择。到目前为止，作为压电材料的断裂准则有应力强度因子、总能量释放率和机械应变能量释放率。用不同的断裂准则进行数值分析，得到的结果可能不同，甚至矛盾。
〔2〕对压电陶瓷PZT-4断裂的有限元模拟。有限元分析得到的结果是一种近似数值解，它与精确解或真实解之间必然存在误差。
2. 解决的思路
〔1〕对压电陶瓷PZT-4材料的紧凑拉伸实验和三点弯实验进行模拟，着重分析用断裂准则对裂纹偏折的判断。
〔2〕采用较密的网格分割模型，并注意采用较好的单元形态即尽量采用接近等边三角形或正方形单元，这样可以减少误差。
四、预期的成果
通过毕业设计学会综合运用断裂力学基础知识和有限元法来分析问题和解决实际问题的方法和基本思路，使自己受到工程设计和科学研究的初步训练,并拥有单独设计和解决问题的能力。
在课题进行过程中,握机械系统CAE分析的一般方法及一般规律。重点是学会综合运用断裂力学及有限元法等专业知识分析工程实际问题的方法及工作思路。
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掌握资料收集及整理的方法；能够独立完成机械结构的CAE分析；通过对机械结构的电脑模拟，分析结构的力学性能。
五、进度安